全鋼載重子午線輪胎內(nèi)襯層氣泡產(chǎn)生原因分析及解決措施

張志堅(jiān)，張 超，徐祥越，王紀(jì)增，宋海龍

（八億橡膠有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277800）

隨著輪胎市場的變化，載重輪胎不斷向子午化和無內(nèi)胎化方向發(fā)展[1]。伴隨著市場需求的增大，全鋼載重子午線輪胎企業(yè)發(fā)展很快，但輪胎產(chǎn)品的性能參差不齊，進(jìn)入21世紀(jì)以來，消費(fèi)者更加注重輪胎的安全性和使用性能，對輪胎質(zhì)量提出了更高的要求。

內(nèi)襯層對輪胎的整體性能起著重要作用，特別是對無內(nèi)胎輪胎更是如此[2-3]。內(nèi)襯層由過渡層和氣密層組成，是輪胎的主要部件。為了防止輪胎氣壓泄露，要求內(nèi)襯層具有良好的氣密性。因此，輪胎氣密層普遍采用鹵化丁基橡膠（XIIR）[4]。XIIR與其他膠料的粘合性較差，貼合時(shí)如果與過渡層粘合效果差，則會出現(xiàn)內(nèi)襯層貼合氣泡問題，硫化時(shí)氣泡不易排出，則會造成成品輪胎胎里氣泡問題，降低產(chǎn)品的綜合合格率，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。

我公司在投用對擠內(nèi)襯層熱貼合工藝初期，復(fù)合內(nèi)襯層停放后邊部頻繁出現(xiàn)層間氣泡，生產(chǎn)部件合格率僅達(dá)到40%左右。異常部件的頻繁出現(xiàn)直接影響了生產(chǎn)效率，同時(shí)給產(chǎn)品質(zhì)量帶來較大隱患。異常部件若誤流入下道工序，成品輪胎會出現(xiàn)胎里氣泡、脫層和圈口氣泡等問題，直接影響輪胎的安全性能。

因此，公司技術(shù)部門緊急成立攻關(guān)小組，進(jìn)行實(shí)地研究分析，全程跟進(jìn)內(nèi)襯層生產(chǎn)工藝及過程狀態(tài)，從人員操作、生產(chǎn)設(shè)備、膠料性能和生產(chǎn)工藝等方面，分析全鋼載重子午線輪胎內(nèi)襯層氣泡產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)解決措施。

1 內(nèi)襯層氣泡特點(diǎn)

輪胎胎里氣泡問題如圖1所示。

圖1 輪胎胎里氣泡問題

分析內(nèi)襯層氣泡問題，具有如下特點(diǎn)。

（1）位置：在內(nèi)襯層邊部75 mm內(nèi)，為復(fù)合部件層間氣泡。

（2）氣泡大?。簹馀葜睆綖?～40 mm不等。

（3）氣泡變化：內(nèi)襯層卷取時(shí)氣泡不明顯，2 h后出現(xiàn)，伴隨停放時(shí)間的延長，氣泡直徑不斷增大，約36 h后停止。

時(shí)標(biāo)以及6點(diǎn)鐘位置的小秒盤均由薄層碳纖維（CTP）制成，并經(jīng)精湛雕刻工藝處理。鏤空設(shè)計(jì)旨在增強(qiáng)搭載有Calibre BVL 362機(jī)心的表殼內(nèi)部聲音的共振，補(bǔ)償由于內(nèi)部空間減小而造成的共振損失。這款三問腕表配備的寶格麗自制手動上鏈機(jī)心厚度僅為3.12 毫米，是迄今為止全球最纖薄的報(bào)時(shí)腕表機(jī)心。裝上表殼后，腕表總厚度僅6.85毫米。這款未來感十足的Octo Finissimo三問碳纖維腕表僅重47克，在傳承經(jīng)典的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了新飛躍。

2 產(chǎn)生原因

2.1 壓輥形式不合理及壓力控制不規(guī)范

壓輥對內(nèi)襯層層間產(chǎn)生氣泡起關(guān)鍵作用，我公司原有貼合壓輥為千頁片壓輥，滲透性較差，頁片間閉合程度不足，特別是頁片轉(zhuǎn)動不靈活，導(dǎo)致整體轉(zhuǎn)動不均勻，內(nèi)襯層被壓成條形凹凸?fàn)?，使空氣留在氣密層與過渡層之間形成層間氣泡。同時(shí)，壓輥的壓合力通過氣缸控制，壓力變化直接影響內(nèi)襯層復(fù)合部件的貼合質(zhì)量。壓輥形式不合理及壓力控制不規(guī)范是造成內(nèi)襯層貼合氣泡的主要原因。

2.2 擠出機(jī)和壓延機(jī)轉(zhuǎn)速過快

攻關(guān)小組在跟進(jìn)生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)人員為加大產(chǎn)出量，作業(yè)時(shí)擠出機(jī)和壓延機(jī)的轉(zhuǎn)速過快（有時(shí)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的90%），導(dǎo)致部件溫度過高，嚴(yán)重時(shí)會造成膠料焦燒，使部件粘性降低，甚至不能粘合，從而極易導(dǎo)致內(nèi)襯層層間氣泡的產(chǎn)生。

2.3 物料存放環(huán)境條件變化大

內(nèi)襯層層間氣泡問題在季節(jié)交替時(shí)期極易出現(xiàn)，因晝夜溫濕度變化大，天然橡膠等原材料的加工性能不穩(wěn)定，且所生產(chǎn)的終煉膠因每桌要擺放3—4車，受停放時(shí)間及環(huán)境溫濕度等變化的影響，整桌終煉膠內(nèi)外部的加工性能不一致，也極易導(dǎo)致內(nèi)襯層出現(xiàn)層間氣泡現(xiàn)象。

2.4 擠出機(jī)供膠量不足，機(jī)頭壓力小

內(nèi)襯層生產(chǎn)時(shí)擠出機(jī)供膠量不足，螺桿在螺旋推進(jìn)時(shí)易帶入空氣，使過渡層或氣密層部件氣孔較多，復(fù)合部件在停放過程中氣孔流動至過渡層與氣密層之間，造成內(nèi)襯層層間氣泡。

2.5 過渡層與氣密層貼合角度過小

過渡層與氣密層貼合角度影響復(fù)合部件貼合質(zhì)量。檢測發(fā)現(xiàn)，過渡層與氣密層貼合角度小于40°易出現(xiàn)貼合氣泡問題，而大角度貼合過渡層與氣密層，接觸與壓合同步，在一定壓力狀態(tài)下貼合能夠有效消除氣泡問題，如圖2所示。

圖2 過渡層與氣密層貼合角度示意

2.6 過渡層與氣密層收縮不一致

在內(nèi)襯層部件生產(chǎn)過程中，過渡層與氣密層收縮率不同，會導(dǎo)致復(fù)合部件在停放期間出現(xiàn)層間氣泡。

2.7 終煉膠門尼粘度值偏大

與以前使用的膠料對比發(fā)現(xiàn)，氣密層膠料的門尼粘度值普遍大7～10，且擠出時(shí)表面出現(xiàn)輕微磨砂狀（俗稱麻面）。截取擠出斷面進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)其粘度較低。此種膠料生產(chǎn)的部件粘性較差，會增大內(nèi)襯層層間氣泡產(chǎn)生的幾率。

2.8 壓輥外形與部件形狀差異較大

為滿足輪胎設(shè)計(jì)要求，內(nèi)襯層部件中間與邊部存在一定的厚度差，過渡層與氣密層敷貼壓輥為平輥，壓輥外形與內(nèi)襯層形狀差異較大，復(fù)合部件邊部壓合效果較差，易出現(xiàn)層間氣泡問題。

3 解決措施

3.1 改變壓輥材質(zhì)及固定壓力參數(shù)

經(jīng)對設(shè)備原有貼合裝置的分析，決定將原有千頁片壓輥更改為橡膠壓輥（外層為較軟的橡膠層，內(nèi)層為有一定硬度和支持力的海綿層）。該壓輥表面較軟，具有一定的滲透力，對內(nèi)襯層復(fù)合部件的壓合效果優(yōu)于千頁片壓輥。

貼合時(shí)氣缸壓力固定為（0.55±0.05） MPa，通過控制壓力可較好地保證復(fù)合部件壓合質(zhì)量，避免內(nèi)襯層層間氣泡的出現(xiàn)。

3.2 優(yōu)化擠出生產(chǎn)參數(shù)、界定壓延機(jī)溫度

擠出轉(zhuǎn)速與膠料擠出溫度呈正比，為避免擠出機(jī)轉(zhuǎn)速過高，攻關(guān)小組聯(lián)合設(shè)備部和生產(chǎn)車間對擠出生產(chǎn)參數(shù)（包括擠出機(jī)溫度等）落實(shí)優(yōu)化，并界定壓延機(jī)溫度，消除了因超溫、超速帶來的部件粘性損失問題，提高了物料粘性，可防止內(nèi)襯層部件層間氣泡的產(chǎn)生。

3.3 界定物料存放區(qū)域

對原材料、終煉膠和生產(chǎn)后內(nèi)襯層大卷的存放環(huán)境加強(qiáng)控制，在存放區(qū)域內(nèi)安裝溫濕度測量裝置，由質(zhì)量檢查人員落實(shí)監(jiān)控，存放區(qū)域門窗禁止隨意開關(guān)，同時(shí)縮短終煉膠停放時(shí)間，以最大程度提高終煉膠的粘度和加工性能。

3.4 增大擠出供膠壓力

擠出機(jī)機(jī)頭壓力越大，擠出部件密度越大，氣孔越少，因此增大擠出供膠壓力可有效消除內(nèi)襯層層間氣泡問題。

3.5 增大過渡層與氣密層貼合角度

攻關(guān)小組聯(lián)合設(shè)備部對過渡層與氣密層貼合角度進(jìn)行調(diào)整，由35°增大至90°，有效規(guī)避了兩部件先接觸再壓合的生產(chǎn)狀態(tài)，提升了內(nèi)襯層部件生產(chǎn)合格率，如圖3所示。

圖3 過渡層與氣密層貼合角度調(diào)整前后生產(chǎn)線示意

3.6 調(diào)整過渡層與氣密層收縮率

對壓延過渡層和氣密層的長度和寬度的收縮率進(jìn)行檢測，查找造成兩部件收縮率差異的設(shè)備問題，通過對設(shè)備精度的檢驗(yàn)和校正，使過渡層與氣密層收縮率一致，避免了部件在停放期間因收縮率差異而導(dǎo)致的層間氣泡問題。

3.7 加強(qiáng)終煉膠門尼粘度控制

對生產(chǎn)氣密層所用膠料的門尼粘度值及公差進(jìn)行重新標(biāo)定，從下限至上限以5個(gè)門尼粘度值為間隔，分別生產(chǎn)1—2車終煉膠在擠出和壓延工序進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證不同門尼粘度值膠料的工藝通過性，保證使用規(guī)定范圍內(nèi)的終煉膠不出現(xiàn)層間氣泡現(xiàn)象。生產(chǎn)中對終煉膠的粘度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.8 重新設(shè)計(jì)異形組合壓輥

根據(jù)各規(guī)格內(nèi)襯層外形尺寸統(tǒng)計(jì)，重新設(shè)計(jì)了一套組合壓輥。組合壓輥分為3個(gè)部分，第一壓輥為異形壓輥，壓輥整體形態(tài)是根據(jù)部件厚度變化趨勢專門設(shè)計(jì)的，與部件外形尺寸匹配度較高，可保證部件各部位均勻受力，提升內(nèi)襯層復(fù)合部件邊部的壓合效果；第二、三壓輥為海綿短壓輥，具有一定的傾斜角度，部件通過第一壓輥壓合后，基本可保證貼合密實(shí)，但受部件外形所限，為防止邊部壓力不足，通過第二、三壓輥強(qiáng)化復(fù)合內(nèi)襯層部件邊部的貼合質(zhì)量，可有效避免內(nèi)襯層貼合氣泡的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)思路及實(shí)際應(yīng)用分別如圖4和5所示。

圖4 異形組合壓輥的設(shè)計(jì)思路

4 結(jié)語

分析全鋼載重子午線輪胎內(nèi)襯層氣泡產(chǎn)生原因，并采取相應(yīng)解決措施后，我公司內(nèi)襯層生產(chǎn)合格率從41%提升至99.14%，內(nèi)襯層層間氣泡問題得到了有效解決，大幅減少了成品輪胎脫層、胎里氣泡和X光檢測氣泡等問題，提高了輪胎的整體性能，創(chuàng)造了良好的品牌效應(yīng)，同時(shí)避免了部件返工帶來的人力和物力消耗，大幅降低了經(jīng)濟(jì)損失。

圖5 異形組合壓輥的的實(shí)際應(yīng)用